龍騰世紀 > 職場校園 > 怒海穿越之征服1934

章 節目錄 一一二、核工程(一) 文 / 憤怒之翼

    1936年春節假期,鳳凰大學城寒假假期,很多學生已經返回家去。不過很多教授則留在了特區。這些教授大部分都是帶著家屬過來的,而且特區冬天的時候,氣候暖和,比北平舒服的多。而且寒假特區的c級圖書館對教授們開放,這對這些求知如渴的教授來說有著致命的誘惑力。

    吳大猷在來特區之前就對核子能態有一定的研究,不過,只從c級圖書館開放之後,他才知道自己對核子的理解有多少的膚淺,即使一本普通的「原子核基礎」裡面涉及的知識就遠遠超出了他的認知。

    令他不解的是電子書上的作者他甚至沒有聽說過。以這本書的價值,即使給他頒發諾貝爾物理學獎也是不過分的。可這樣的大學者就然籍籍無名!

    剛開始對c級圖書館閱讀權限要簽署保密協議非常不解,但是現在有點明白了,這豈止是圖書館,這裡的知識足以讓全世界科學界瘋狂。所有有資格獲准進入c級圖書館的教授們,各個變成了瘋子,吃飯都是打電話喊自家老婆送到圖書館門口,匆匆扒幾口,又鑽進了圖書館。這種現象好幾個家屬都給大學城管理中心提出了意見。強烈要求吃飯時間閉館。

    大年初一至大年初六,圖書館實施了閉館。

    初七,九點鐘不到,所有教授都在門口等起了。吳大猷還帶了幾個饅頭打算中午吃,不回家吃了,爭取開學前看完《原子激發態、能態光譜特徵》。

    留特區的幾大高校物理系教授,這段時間經常自發聚集在一起討論物理學。所以,每天排隊的時候,幾大專業總是一堆堆聚集,討論的問題都是跟專業相關。

    吳大猷說道:「原子處於激發態時,可以通過特殊手段升級原子的能態,從而對特定原子進行捕捉和純化。這是不是說明純正一種方法對於不同同位素直接標定和實現分離。」

    饒毓泰略有所思,答道:「如果原理可靠,確實是這樣。但是能夠直接躍升原子能態的方式存在嗎?」

    周同慶這段時間在研究神奇的激光,各種分子激光和原子激光都讓他非常著迷。他接著說道:「或許用激光可以直接對處於激發態的原子升級能態。」

    其他人仔細回顧了裡面學到的知識,都紛紛點頭,承認這種設想的可能性。

    楊正午教授,原重慶號航母核動力首席科學家,現特區自然科學院核工程分院院長。五十多歲的年紀,是原來中國熱聚變商業應用技術的奠基人之一,隨航母出航的主要原因是研究,航母採用熱聚變反應堆的可行性。

    沒想到這次研究成了他不可返回的旅程。應該說,在自然科學院的各個學科中,他是比較幸運的,畢竟核動力航母和核動力潛艇上有很多核動力專業的技術官。所以,當組建自然科學院核工程分院的時候,他們的分院是技術最為強大的分院。

    楊正午院士很清楚,對於他們分院來說實用核工程的難點幾乎沒有,設計階段有完整的商用堆的詳細數據。反應堆的建造也沒有什麼技術難題,運行和管理都有成熟的流程和規則。

    那麼在這個時空,目前的技術水平,唯一制約特區上反應堆的就是機電自動化,以及大量定量試驗科學家。

    機電自動化,這個領域他不管了,自然科學院機電分院正在全力進行技術攻關,這對於擁有完整數據,擁有大型計算機,和合格鋼材之後,都是時間問題。據說他們已經複製出了不少九十年代水平的數控機床。

    而微電子分院的同事們,也實現了單晶硅的量產,當然,離大規模商業應用還有距離。但是,為核工程提供足夠的集成電路是沒有問題的,再不要求成本,不要求好看的情況下,可靠的成品只是時間問題。

    對於楊正午教授來說,他需要大量的合格的,有科學頭腦的幫手,他的目標是商用核聚堆,目前正在建設的商用四代壓水堆不過是練手用的過度產品。他的使命是為特區建設商用的熱核聚變堆,這樣在月球收集的原材料才有現實意義。才能保證特區在足夠長的時間內有足夠的廉價電,並保證月球計劃的足夠商用價值。

    楊正午教授徑直來到那堆物理學教授中,摘下自己的帽子。給眾人打了個招呼。

    「鳳凰城的冬天很難得這麼冷,我是楊正午,也是學物理的,大家討論到哪裡了?」

    吳大猷打量了一下這個精瘦的矮個子,看過去應該比他年紀大,或許是五十多或者六十多,不過這個名字好像他在哪裡看到過。

    饒毓泰跟楊正午年齡相仿,這堆教授中也是他年紀最大,聲望最高。

    他說道:「楊教授,幸會。我們正在討論原子能級光譜。」

    楊正午:「哦,是個不錯的問題,涉及到了能級躍遷。您是饒教授吧,您的大名,我早就聽說。」

    楊正午說的不假,他讀大學的時候,還有學過饒毓泰主編的原子光譜,算是徒孫級的。楊正午確實是站在這些巨人身上的巨人,但還是對這些教授保持了足夠的敬意。

    吳大猷在一邊驚呼:「我想起來了,圖書館有一本《熱核聚變原理》的作者就是楊正午。莫非您就是楊教授。」

    楊正午與吳大猷握了下手,說道:「吳教授,我對你也是神交已久了哦。」

    物理系的那些教授都露出了震驚,這些連裂變都沒搞清楚的人,見到搞熱核聚變研究的人,還不認為泰山北斗級的宗師。

    楊教授是搞研究的,他最搞不懂人際關係,也受不了這種目光。接著說道:「各位,有沒有興趣去我的實驗室參觀一下?」

    楊教授的實驗室不遠,就在自然科學院大樓。

    這個地方吳大猷他們都是看見過的,日常這裡的入口都有警備部隊守門,戒備森嚴。這次有幸能夠參觀這裡,眾人都很興奮。

    進去的眾人都進行了身份證掃瞄和指紋掃瞄,進入一樓大廳,楊正午帶他們進了足以容納三十人的大電梯。

    不過吳大猷他們很快發現,電梯並不是往預想的上面走,而是往下面走。這個電梯足足往下行走了五分鐘左右,雖然感覺不到速度。但是吳大猷從開始的加速度,略略做了估算,他們起碼是在幾百米的地下。

    電梯門一開,裡面燈火通明。

    這是一個開放式的巨大空間,佔地面積或許有幾十萬平方米,高度足有十米。眾人在楊教授的指導下,坐上了電動觀光車,沿著中央最大的通勤通道,一路往最遠處參觀過去。

    楊正午指著一側最顯著的設施說道:「這是我們實驗室最重要的裝置:環流1號b裝置,這是一種磁約束核聚變裝置,核聚變的原理大家看了嗎?」

    吳大猷和其他教授都乖乖的點頭,閉館那段時間他們還討論過核聚變的原理,知道一點皮毛。

    楊正午接著說道:「其實核聚變很簡單,當質量輕的原子(主要是指氫的同位素氘和氚)在超高溫條件下,發生原子核互相聚合作用,生成較重的原子核(氦),並釋放出巨大的能量。1千克氘全部聚變釋放的能量相當11000噸煤炭。這個過程其實很容易就實現了。問題是我們需要讓他持續的可控的釋放能量。我們這個裝置就是要實現這個目標。」

    吳大猷對熱核聚變理解的最深,他非常清楚這個過程,對於原子聚合所需要的熱量做過推算,沒有數十億度高溫,原子發生聚合是不可能的,要完成聚合必須是原子達到瘋狂的布朗運動。

    吳大猷問道:「教授,您的意思,這個裝置可以把氘元素加溫到聚合反應所需的溫度?」

    楊正午眼睛一亮,看了眼吳大猷,笑著說道:「沒錯,這個裝置就是通過磁約束,讓原子迴旋加速,直到獲得足夠的動能,由於都是正電荷,相互排斥,所以讓原子在狹小空間內自由的跑,只要達到足夠的動能,相互擁擠的原子不得不發生接觸,只要當它們之間互相接近的距離達到大約萬億分之三毫米時,核力(強作用力)就會伸出強有力的手,把它們拉到一起,從而放出巨大的能量。」

    吳大猷一拍掌說道:「對啊,雖然要把物體加熱到足夠溫度很困難,但是離子態的粒子瘋狂加速,一樣能夠獲得足夠的克服斥力的能量,從而完成聚合反應。」

    其他人也不慢,很快明白了吳大猷的意思。

    吳大猷又問:「教授,那產生的能量如何釋放出來被人們使用呢?」

    楊正午指著那個裝置後面一個汽輪機組說道:「氚的原子核和氘的原子核以極大的速度,**裸地發生碰撞,結合成1個氦原子核,並放出1個中子和17.6兆電子伏特能量。這個過程,你們應該在書上看到了,計算方程也有詳細說明。

    這些放出來的能量怎麼辦?

    反應堆經過一段時間運行,內部反應體已經不需要外來能源的加熱,核聚變的溫度足夠使得原子核繼續發生聚變。這個過程只要將氦原子核和中子及時排除出反應堆,並及時將新的氚和氘的混合氣輸入到反應堆內,核聚變就能持續下去;核聚變產生的能量一小部分留在反應體內,維持鏈式反應,剩餘大部分的能量可以通過熱交換裝置輸出到反應堆外,驅動汽輪機發電。這就是熱核聚變的可控原理。」

    吳大猷接著問道:「教授,據我所知,在地球上獲得足夠的氘和氚元素並不容易,那麼這樣的裝置有意義嗎?」

    楊正午說道:「這個問題問的好!自然界中要獲得氘難度不大,海水中就有足夠的氘,只要富集、電解和精餾之後,可以獲得足夠的氘原料,但是我們發現氘-氘反應太猛烈了,他只能成為武器的原料,目前的技術做不到商業使用。但是我們發現氘-氚反應,比氘-氘反應溫柔的多,點火溫度也比氘-氘反應來的低,以現在的技術可以實現可控反應。所以,關鍵問題是氚哪裡來?氚半衰期只有12.26年,地球上沒有這種元素。怎麼辦?

    目前有兩種方案有商業利用價值。一種方案就是利用鋰-6和鋰-7,在被中子轟擊之後,就會裂變,他們的產物都是氚和氦,在聚變反應堆內,氚和氘反應後,除了形成一個氦原子核之外,還有一個多餘的中子,並且能量很高。我們只需要在核聚變的反應體之內保持一定比例的鋰原子核濃度,那麼核聚變產生的中子就會轟擊鋰核,促使鋰核裂變,產生一個新的氚,這個氚則繼續參與氚-氘反應,繼而產生新的中子,鏈式反應形成了。所以,理論上我們只需要給反應體提供兩種原料:氘和鋰,就能實現氘-氚反應,並且維持它的進行。

    另外一種方案就是,直接在月球上採集氦3。在月球表面有大量被太陽風吹過來的氦3,用氦3也可以代替氚作為核聚變燃料發電,氦3是穩定的核素,很安全,氘與氦3反應後釋放出來的是質子,有利於安全防護和控制,可大大降低危險性。」

    吳大猷眼睛一臉,接著疑惑的問道:「教授,第一種方案好像會產生難以想像的熱量,能控制住嗎?用氦3作為原料,反應速度會慢很多,不用考慮超高溫的問題,倒是非常不錯的想法,按您所說,這東西在月球,對我們來說有意義嗎?」

    楊正午神秘的一笑,沒有解答這個問題。繼續帶著他們向前面參觀。
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